臧文平
碳素材料及其制品是现代工业不可或缺的重要物料和工业材料，依靠其固有特性，经常以基础原料、模具、用具、部件、构件以及结构材料等形式被广泛应用在各种行业不同环境、不同生产条件的工业产品制造过程。这些特性包括电和热的良传导性、电特性、润滑性、高温特性、耐化学腐蚀性、耐热性、耐高温热剥落性、电化学性能等基本特性。由于现代物质科学、材料科学的巨大进步，以及核电事业和以半导体为中心的电子技术的长足发展，碳素材料物理的、化学的、光学的以及电磁的、核物理的、高纯性的特性均得到广泛的综合利用，尤其在其结构控制方面的发展，人们对碳素材料中以微米级甚至纳米级的特种碳素材料高技术产品的认识和利用将会越来越深入和广泛。
炭材料根据生产特点和产品特性大致可分为石墨制品类、炭制品类和特种碳素材料（碳素新材料）三大类。随着特碳材料生产成本大幅度降低，自八十年代起，特碳材料除在更多高新技术领域崭露头角，已经开始大量取代传统材料，向民用领域拓展。
我国的特碳行业发展较晚，从开始的照国外生搬硬套，到如今有符合自己国情的产品和技术。经过了几十年的不断学习和摸索，我们国家的特碳行业开始逐渐走向正轨。特碳制品根据其成型工艺方法不同一般分为冷模压石墨、振动成型石墨、热挤压石墨、等静压石墨等。在模压成型和振动成型方面，我们的技术可与国外最先进的技术相媲美。模压成型方面最有代表性的企业有中钢上海碳素公司、成都蓉光碳素厂、巩义碳素厂、宝丰碳素厂和河南东方电碳厂。一些产品已经在国际上有很高的声誉，这些企业也在不断的发展壮大，配置了2000吨的模压成型机，生产成品质量可达200kg。振动成型方面代表性企业有山东淄博大陆碳素，大同新城及内蒙青山特碳等，其中GSK产品在国际上都有很高的知名度。这些企业生产技术成熟，产品性能稳定，部分产品作为等静压产品的替代品受到极大的关注，如电火花加工用石墨、有色金属结晶器和一些机械密封件等。
然而在热挤压成型和等静压成形方面，我们与国外先进技术还有一些差距。挤压成型方面，方大碳素和中钢吉碳都取得了比较显著的成果，他们的产品可以代表我国的先进水平。但是，与德国的西格里和美国的UCAR公司的挤压成型产品相比，国内的产品尺寸偏小，最大尺寸即500 mm×450 mm×3000mm，西格里公司的产品最大尺寸可达670 mm×450 mm×3000mm。此外，国内产品的各向同性和机械强度还有待提高。
等静压石墨是石墨材料中的精品，具有一系列优异性能，因此，它将会与高新技术、国防尖端技术密切相关，成为21世纪最有价值的新材料之一。虽然，我国已经有了自己的等静压石墨生产企业，但是大部分等静压石墨产品性能较低、品种单一、大规格高性能等静压石墨尚不能生产。国外等静压石墨材料的发展已经有很长的历史，其中美、德、法三国所生产的等静压石墨已拥有近百种型号并自成系列，为其它高、精、尖领域发展提供了大量的新类型石墨产品。相对比而言，国内与国外的等静压石墨材料差距主要体现在以下几点：
一、原料和配方
原料和配方不同，产品内部的排列结构和元素组成不同，所以外部显现的理化性能也有很大的差别。我国生产等静压石墨的原料基本上与其他石墨产品所用原料相同，即石油焦和沥青焦。国外具体的生产原料和配方，对我国一直是保密的。德国西格里公司于2007年在收购山西泉海碳素公司后，成立了“西格里泉海碳素（山西）有限公司”。就目前的态势来说，德国西格里在中国的生产基地还仅仅是利用焙烧与石墨化这两道工序来进行生产。法国罗兰公司在重庆投资建设了2500吨/年的等静压石墨材料的生产基地。该生产基地并不是完整的生产线，其关键的工艺磨料、配方、混捏、造粒等关键工艺均没有在重庆进行生产。并且其部分石墨化和纯化工艺是在江苏昆山的工厂进行。这些外商投资的跨国公司把等静压石墨材料生产核心的材料配方工艺仍放在国外。这对我国发展等静压技术是一个制约和考验，需要我们投入更多人力物力去探索。
二、工艺方面的差异
工艺方面的差异可以从下表看出，我国从硬件设备到工艺流程都有待提高。
工艺装备 工艺流程 自动化程度 生产成本 成品率
中国 常规 配料→压型→一焙→一浸→二焙→二浸→三焙→（三浸→四焙→）石墨化 低 高 低
外国 先进 配料→压型→一焙→（一浸→二焙→）石墨化 高 低 高
三、产品性能差异
下表显示为国内外等静压石墨产品性能方面的差异，正因为原料和工艺方面的差异造成我们产品性能方面的落后。
粒度（μm） 纯度（ppm） 机械强度 光洁度 加工性能 使用寿命
平均 最小 高 超高
中国 25-45 8 200 ﹤20 低 低 低 短
外国 5-25 1-3 50 ﹤2 高 高 高 长
从以上三方面看出，我国的等静压成型技术尚处于初级阶段，还有很长的路要走。但是我国每年要从国外进口大约3/4的等静压石墨坯料，并且我国约消耗全球等静压石墨产品的1/4，由此可见，我国无疑是世界上一块潜力巨大的等静压石墨市场。然而，目前等静压石墨产品在我国只有近10年的历史,尚属起步阶段。国内仅有两家厂商能生产等静压石墨，但产量低，质量、性能以及产品尺寸、规格不能完全满足市场需求，多为一些低端小尺寸产品，和国外主要厂家的产品存在比较大的差距。具体表现在尺寸较小、强度、密度不够，同时最重要的差别是在于材料结构和性能的不均匀性。这些差距主要是由于原材料选择以及生产技术工艺还没有达到先进水平，几乎所有高端特种石墨都是依赖进口，主要是从美国、日本、德国、法国这四个等静压石墨的生产基地进口。所以，在等静压方面，我们的工作还有很多。
特碳产品的应用领域非常广泛，从应用角度来说，和国外的特碳产品相比，我们的产品也有许多不足。
一、冶金行业中，石墨在该行业中是做金属连铸结晶器，对石墨的要求应具有耐高温氧化、耐磨等特性。主要用户分布在广东、浙江、江苏等地区，年需求量约5000吨。该行业对石墨的材质要求较高，根据所炼金属不同，石墨的性能要求不同。见下表。
应用 体积密度g/cm 硬度（HS） 电阻率μΩm 灰份%
铁 1.77 68 13 0.3
黄铜 1.80 55 11 0.2
纯铜 1.86 55 9.2 0.005
根据连铸的方式不同，选用的石墨也应有所不同，国外同类产品可细分为根据冶炼金属的不同、连铸方式不同而有相应不同的材料可供选择。如铜有黄铜和紫铜之分，其用到的结晶器即分成IG-11和IG-43，其理化指标和性能都有所不同。由此可见，国外的特碳产品更注重从产品应用的角度出发，针对不同的用途，开发出不同性能的产品。可谓是包罗万象，也体现出他们的专业性和对特碳产品各项指标技术的充分把握。只有对产品性能和工艺了如指掌，才能如此充分的发挥产品的价值。这是我们国内目前欠缺的，也是我们企业需要花心思、静下心、沉住气，努力探索的经验技术，这也是高附加值的特碳产品的精华。
二、电火花加工方面，使用的特碳产品分为粗打、细打和精细打。该行业使用石墨的规格小至几个毫米，大到1米以上。在制造业中对产品的要求是多品种，且不断更新，故对石墨很难提出固定的规格，而且根据对模具的要求不同，对石墨品质的要求也是多层次的，各层次的石墨需求量为：超细致密石墨 25%、一般致密石墨45%、一般细结构石墨30%。
虽然可采用拼接的办法制造大规格模具，但随着工业技术的发展，仍需要采用整块石墨加工精密的模具，因此该行业对石墨的要求规格越大越好，结构越致密越好。
国内大规格：500×400×200、490×300×180、850×300×200。
进口同类产品的规格：1245×622×311mm、800×649×234mm、φ650×1230mm以上。
其中粗打和细打产品是以模压成型制成的，我国与国外并无差距。精细打产品是用等静压成型制成，与国外相比，我们产品在这方面存在空缺。因为精细打产品要求粒度D90约为10微米左右，美国步高公司开发出粒度在1微米左右的电火花加工石墨，已经推向市场。如上面所述，我们等静压成型技术所用原料的粒度达不到这么小的范围，粒度越小成型难度越大，这是我们必须要攻克的技术难点。
三、化工能源方面，核石墨、光伏产业的石墨热场和化工换热器都是目前需求量很高的特碳石墨产品。而我国目前的生产水平尚不能自给自足，还需大量进口。同时，我们的产品在尺寸和纯度上，都不如国外的特碳石墨制品。
四、模具方面，很多特碳产品都是因其性能良好，易于加工，
作为模具应用在电子极管烧结行业、机械行业和其他制造业。机械用其他碳、石墨产品主要包括：密封环、石墨轴承、真空泵叶片等。这些产品一般均经过加碳黑、树脂浸渍等工艺，对材质要求具有耐磨、耐腐蚀、润滑等特性。该市场的年需求量约1000吨。在国内，这些模具基本都用模压成型制成，而国外基本都是等静压产品。这两种成型方法的差异，使得我们的产品在性能和结构上都略逊一筹。
进口统计显示：2005年，我国共进口1700吨特种石墨；2006年进口达2100吨，2007年进口3500吨，2008年5500吨这几年正以近25%的增长速度不断增长。由于强劲的需求，石墨价格正以每年10%的涨幅上涨，所以特种石墨在中国市场有着非常广阔的发展空间。特别是当它与现代高科技和国防尖端科技紧密相联, 不可必免的冲击传统市场,迎来迅猛发展。
在大量的市场需求面前，我们更要打好基础，努力发挥自己的优势。我们要在现有的基础上，另辟蹊径，创造出具有中国特色研制和生产特种石墨的基础理论和基本工艺，尤其要攻克原材料选择和配比、原材料制备、大规格坯料浸渍、提纯石墨化处理等问题。同时，必须动员国内从事炭素材料教学和科研单位的科技工作者重视这一领域，以科技为第一生产力，自主研发，理论与实际相结合，科研单位与企业相结合，共同为我国的科研与高新技术创造更多的价值，争取走在世界的前列。